Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Analogowe układy elektroniczne
Tok studiów:
2019/2020
Kod:
RIAK-1-503-s
Wydział:
Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Poziom studiów:
Studia I stopnia
Specjalność:
-
Kierunek:
Inżynieria Akustyczna
Semestr:
5
Profil:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma studiów:
Stacjonarne
Strona www:
 
Prowadzący moduł:
Jasielski Jacek (jasielsk@agh.edu.pl)
Treści programowe zapewniające uzyskanie efektów uczenia się dla modułu zajęć

Opis efektów uczenia się dla modułu zajęć
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Powiązania z KEU Sposób weryfikacji i oceny efektów uczenia się osiągniętych przez studenta w ramach poszczególnych form zajęć i dla całego modułu zajęć
Wiedza: zna i rozumie
M_W001 Student zna podstawowe rozwiązania układowe w technologii bipolarnej i CMOS typowych IAK1A_W15 Egzamin
M_W002 Student zna zasady projektowania i analizy analogowych układów elektronicznych IAK1A_W15 Egzamin,
Kolokwium
Umiejętności: potrafi
M_U001 Student potrafi projektować analogowe układy elektroniczne używając właściwych metod, technik i narzędzi. IAK1A_U23 Kolokwium,
Egzamin
Kompetencje społeczne: jest gotów do
M_K001 Student rozumie potrzebę i zna możliwości ciągłego dokształcania się oraz podnoszenia swoich kompetencji zawodowych IAK1A_K02 Aktywność na zajęciach
Liczba godzin zajęć w ramach poszczególnych form zajęć:
SUMA (godz.)
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
84 28 28 28 0 0 0 0 0 0 0 0
Matryca kierunkowych efektów uczenia się w odniesieniu do form zajęć i sposobu zaliczenia, które pozwalają na ich uzyskanie
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Forma zajęć dydaktycznych
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
Wiedza
M_W001 Student zna podstawowe rozwiązania układowe w technologii bipolarnej i CMOS typowych + + + - - - - - - - -
M_W002 Student zna zasady projektowania i analizy analogowych układów elektronicznych + + + - - - - - - - -
Umiejętności
M_U001 Student potrafi projektować analogowe układy elektroniczne używając właściwych metod, technik i narzędzi. + + + - - - - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K001 Student rozumie potrzebę i zna możliwości ciągłego dokształcania się oraz podnoszenia swoich kompetencji zawodowych + + + - - - - - - - -
Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 200 godz
Punkty ECTS za moduł 8 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 84 godz
Przygotowanie do zajęć 48 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 68 godz
Szczegółowe treści kształcenia w ramach poszczególnych form zajęć (szczegółowy program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład (28h):

1. Układy zasilania tranzystorów – Wybór punktu pracy tranzystora. Statyczne i dynamiczne proste robocze układów wzmacniających. Układy zasilania tranzystorów bipolarnych. Obwody zasilania tranzystorów unipolarnych. Charakterystyka obwodów zasilania w układach scalonych. Źródła stałoprądowe- lustra prądowe proste i kaskodowe na tranzystorach bipolarnych. Lustra prądowe proste i kaskodowe (w tym high swing) na tranzystorach MOSFET.

2. Wzmacniacze tranzystorowe w różnych konfiguracjach – Klasyfikacja wzmacniaczy. Tworzenie schematów zastępczych wzmacniaczy. Wzmacniacze w konfiguracjach OE, OB, OC ( w tym symetryczny wtórnik emiterowy) oraz wzmacniacze w konfiguracjach OS, OG, OD (w tym symetryczny wtórnik źródłowy) w zakresie średnich częstotliwości. Wzmacniacze kaskodowe na tranzystorach bipolarnych i MOSFET. Właściwości wzmacniaczy w zakresie dużych częstotliwości. Przykładowe charakterystyki częstotliwościowe wzmacniacza RC w konfiguracji OE w zakresie małych częstotliwości.

3. Sprzężenie zwrotne – Uwagi ogólne. Elementarna teoria sprzężenia zwrotnego. Wpływ sprzężenia zwrotnego na parametry robocze wzmacniaczy. Stabilność układów ze sprzężeniem zwrotnym. Przykłady wzmacniaczy z ujemnym sprzężeniem zwrotnym.

4. Wzmacniacze prądu stałego – Wzmacniacz różnicowy – Składowa różnicowa i sumacyjna sygnału. Charakterystyki przejściowe wzmacniaczy na tranzystorach bipolarnych i tranzystorach MOSFET. Analiza małosygnałowa wzmacniaczy. Wzmacniacze z obciążeniem aktywnym. Niesymetryczne wzmacniacze różnicowe – układy: OC-OB, OD-OG. Podstawowe właściwości wzmacniaczy operacyjnych. Budowa wzmacniaczy operacyjnych. Kompensacje charakterystyki częstotliwościowej wzmacniacza operacyjnego. Szybkość narastania napięcia wyjściowego. Wzmacniacz rail-to-rail. Szerokopasmowe wzmacniacze operacyjne.

5. Liniowe zastosowania wzmacniaczy operacyjnych – Podstawowe konfiguracje wzmacniacza operacyjnego w układach wzmacniających. Układy operacyjne odejmowania i dodawania. Układy całkujące i różniczkujące.

6. Nieliniowe układy operacyjne – Klasyfikacja i metody generacji funkcji nieliniowych. Analogowe układy mnożące. Układ Gilberta. Układy logarytmiczne i wykładnicze. Układy kształtujące funkcje przedziałami prostoliniowe. Komparatory.

7. Wzmacniacze mocy – Specyficzne problemy wzmacniaczy mocy. Odprowadzenie ciepła z tranzystora mocy. Klasy pracy wzmacniaczy. Wzmacniacze mocy klasy A. Wzmacniacz ze sprzężeniem transformatorowym. Przeciwsobne wzmacniacze klasy B i AB. Charakterystyka przejściowa i zniekształcenia nieliniowe. Rozwiązania układowe wzmacniaczy klasy AB. Zasada pracy i ogólne własności wzmacniaczy mocy klasy D.

8. Szumy we wzmacniaczach – Mechanizmy generacji szumów w elementach elektronicznych. Szumy w elementach półprzewodnikowych. Miary właściwości szumowych układów. Optymalizacja właściwości szumowych układów.

9. Wzmacniacze selektywne LC – Obwody rezonansowe LC. Pojedynczy obwód rezonansowy LC. Obwody rezonansowe sprzężone. Filtry piezoelektryczne. Filtry kwarcowe. Filtry ceramiczne. Przykłady analizy jednostopniowych wzmacniaczy rezonansowych LC. Stabilność wzmacniaczy rezonansowych. Techniki realizacji wzmacniaczy selektywnych w.cz.

10. Stabilizatory o pracy ciągłej – Definicje, parametry i klasyfikacja stabilizatorów.
Stabilizatory parametryczne. Stabilizatory kompensacyjne. Układy zabezpieczeń stabilizatorów. Układy z ograniczeniem i redukcją prądu zwarcia. Zabezpieczenia nadnapięciowe. Zabezpieczenie termiczne. Monolityczne stabilizatory napięcia.

11. Zasilacze impulsowe – Właściwości stabilizowanych zasilaczy impulsowych. Rodzaje stabilizowanych zasilaczy impulsowych. Sterowane konwertery napięcia stałego z wyjściem nieizolowanym od wejścia. Konwertery napięcia stałego z wyjściem izolowanym od wejścia. Układy stabilizacyjne i zabezpieczające impulsowych stabilizatorów napięcia. Przykłady stabilizatorów impulsowych.

Ćwiczenia audytoryjne (28h):

1. Zasilanie i stabilizacja punktu pracy tranzystorów, analiza układów zasilania z zapewnieniem żądanego stopnia stabilizacji od zmian temperatury, napięć zasilających, tolerancji elementów.
2. Analiza parametrów roboczych wzmacniaczy napięciowych, projektowanie wzmacniaczy napięciowych zapewniające żądane parametry robocze.
3. Obliczanie parametrów roboczych dla sygnałów różnicowego, sumacyjnego i charakterystyki przejściowej różnych struktur wzmacniacza różnicowego oraz elementów tych wzmacniaczy dla żądanych parametrów roboczych.
4. Analiza i projektowanie liniowych aplikacji wzmacniacza operacyjnego, projektowanie struktury układu pętli sprzężenia zwrotnego determinującej funkcję układu albo jego charakterystykę amplitudową
5. Analiza i projektowanie nieliniowych aplikacji wzmacniacza operacyjnego, projektowanie struktury układu pętli sprzężenia zwrotnego determinującej zadaną charakterystykę przejściową
6. Analiza i projektowanie stabilizatorów o działaniu ciągłym (o żądanym napięciu, prądzie ograniczenia).

Ćwiczenia laboratoryjne (28h):

1. Wzmacniacza napięciowy na tranzystorze bipolarnym w konfiguracji OE
Dobór elementów wzmacniacza dla założonych parametrów roboczych z zapewnieniem maksymalnej amplitudy niezniekształconego sygnału. Projekt układów pomiarowych i przy ich wykorzystaniu pomiary parametrów roboczych. Pomiary wpływu elementów wzmacniaczy na powyższe parametry i charakterystyki.
2. Wzmacniacz napięciowy na tranzystorze unipolarnym w konfiguracji OS
Dobór elementów wzmacniacza dla założonych parametrów roboczych z zapewnieniem maksymalnej amplitudy niezniekształconego sygnału. Projekt układów pomiarowych i przy ich wykorzystaniu pomiary parametrów roboczych. Pomiary wpływu elementów wzmacniaczy na powyższe parametry i charakterystyki.
3. Wzmacniacza prądu stałego
Projekt układów pomiarowych i przy ich wykorzystaniu pomiary charakterystyki przejściowej, wzmocnienia różnicowego i sumacyjnego każdego z badanych rozwiązań układowych. Pomiar parametrów roboczych układu.
4. Zastosowania liniowe wzmacniaczy operacyjnych
Zaprojektowanie struktury układu pętli sprzężenia zwrotnego determinującej funkcję układu albo jego charakterystykę amplitudową. Projekty układów pomiarowych i przy ich wykorzystaniu pomiary wybranych parametrów i charakterystyk zaprojektowanych układów ze wzmacniaczami operacyjnymi.
5. Zastosowania nieliniowe wzmacniaczy operacyjnych
Zaprojektowanie struktury układu pętli sprzężenia zwrotnego determinującej żądaną charakterystykę układu. Projekty układów pomiarowych i przy ich wykorzystaniu pomiary wybranych parametrów i charakterystyk zaprojektowanych układów ze wzmacniaczami operacyjnymi.
6. Stabilizatory napięcia o działaniu ciągłym
Zaprojektowanie struktur układu stabilizatorów parametrycznego i kompensacyjnych w tym także z wykorzystaniem układów scalonych. Projekty układów pomiarowych i przy ich wykorzystaniu pomiary wybranych parametrów.
7. Wzmacniacz mocy
Projekt układów pomiarowych i przy ich wykorzystaniu pomiary podstawowych parametrów układu. Obserwacja i pomiary zniekszałceń powstałych w układzie.
8. Układy mnożące
Pomiar podstawowych parametrów układu mnożącego. Zaprojektowanie oraz pomiary struktur wykorzystujących układy mnożące.

Pozostałe informacje
Metody i techniki kształcenia:
  • Wykład: Treści prezentowane na wykładzie są przekazywane w formie prezentacji multimedialnej w połączeniu z klasycznym wykładem tablicowym wzbogaconymi o pokazy odnoszące się do prezentowanych zagadnień.
  • Ćwiczenia audytoryjne: Podczas zajęć audytoryjnych studenci na tablicy rozwiązują zadane wcześniej problemy. Prowadzący na bieżąco dokonuje stosowanych wyjaśnień i moderuje dyskusję z grupą nad danym problemem.
  • Ćwiczenia laboratoryjne: W trakcie zajęć laboratoryjnych studenci samodzielnie rozwiązują zadany problem praktyczny, dobierając odpowiednie narzędzia. Prowadzący stymuluje grupę do refleksji nad problemem, tak by otrzymane wyniki miały wysoką wartość merytoryczną.
Warunki i sposób zaliczenia poszczególnych form zajęć, w tym zasady zaliczeń poprawkowych, a także warunki dopuszczenia do egzaminu:

Zasady udziału w zajęciach:
  • Wykład:
    – Obecność obowiązkowa: Nie
    – Zasady udziału w zajęciach: Studenci uczestniczą w zajęciach poznając kolejne treści nauczania zgodnie z syllabusem przedmiotu. Studenci winni na bieżąco zadawać pytania i wyjaśniać wątpliwości. Rejestracja audiowizualna wykładu wymaga zgody prowadzącego.
  • Ćwiczenia audytoryjne:
    – Obecność obowiązkowa: Tak
    – Zasady udziału w zajęciach: Studenci przystępując do ćwiczeń są zobowiązani do przygotowania się w zakresie wskazanym każdorazowo przez prowadzącego (np. w formie zestawów zadań). Ocena pracy studenta może bazować na wypowiedziach ustnych lub pisemnych w formie kolokwium, co zgodnie z regulaminem studiów AGH przekłada się na ocenę końcową z tej formy zajęć.
  • Ćwiczenia laboratoryjne:
    – Obecność obowiązkowa: Tak
    – Zasady udziału w zajęciach: Studenci wykonują ćwiczenia laboratoryjne zgodnie z materiałami udostępnionymi przez prowadzącego. Student jest zobowiązany do przygotowania się w przedmiocie wykonywanego ćwiczenia, co może zostać zweryfikowane kolokwium w formie ustnej lub pisemnej. Zaliczenie zajęć odbywa się na podstawie zaprezentowania rozwiązania postawionego problemu. Zaliczenie modułu jest możliwe po zaliczeniu wszystkich zajęć laboratoryjnych.
Sposób obliczania oceny końcowej:

1. Warunkiem uzyskania pozytywnej oceny końcowej jest uzyskanie pozytywnej oceny z laboratorium, ćwiczeń audytoryjnych oraz egzaminu.
2. Obliczamy średnią ważoną z ocen z laboratorium (30%), ćwiczeń audytoryjnych (30%) i egzaminu (40%) uzyskanych we wszystkich terminach.
3. Wyznaczmy ocenę końcową na podstawie zależności:
if sr>4.75 then OK:=5.0 else
if sr>4.25 then OK:=4.5 else
if sr>3.75 then OK:=4.0 else
if sr>3.25 then OK:=3.5 else OK:=3

Sposób i tryb wyrównywania zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na zajęciach:

Wymagania wstępne i dodatkowe, z uwzględnieniem sekwencyjności modułów :
  • Znajomość teorii obwodów w zakresie analizy podstawowych układów
  • Znajomość podstaw teorii półprzewodnikowej oraz elementów elektronicznych
  • Znajomość metod analizy funkcji jednej zmiennej, rachunku różniczkowego oraz macierzowego, liczby zespolone.
  • Umiejętność wykonywania pomiarów elektrycznych w zakresie napięć i prądów, stałych i zmiennych.
  • Umiejętność zastosowania generatora sygnałów oraz oscyloskopu w pomiarach elektrycznych.
Zalecana literatura i pomoce naukowe:

1. Praca zbiorowa pod red St. Kuty: Przyrządy półprzewodnikowe i układy elektroniczne cz. I i II", Wyd AGH, Kraków 2000.
2. Baranowski J., Nosal Z.: “Układy elektroniczne cz. I i cz. II”, WNT, Warszawa, 1998
3. Gray P.R., Hurst P.J., Lewis J.H., Meyer R.G.; Analysis and design of analog integrated circuits, 4th ed., Wiley, New York 2001.
4. Allen P.E., Holberg D.R.; CMOS Analog Circuit Design, Oxford UP, 2002

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

Nie podano dodatkowych publikacji

Informacje dodatkowe:

Brak